高壓旋噴注漿技術在人工挖孔樁施工中的應用

劉 虎 張明亮,2 江 波 黃 清

1. 湖南省第六工程有限公司 湖南 長沙 410015；2. 湖南建工集團有限公司 湖南 長沙 410004；3. 湖南長順項目管理有限公司 湖南 長沙 410114

1 工程背景

1.1 工程介紹

湖南廣電節目生產基地項目沿中央主軸南北兩側共布置了7個建筑單體（圖1），下設整體地下室，地下室層數為1～4層。本工程采用人工挖孔樁，施工總樁數為955根，樁徑在1.1～1.7 m之間，樁長設計為不小于6.5 m，且擴大頭直徑大于2 m時樁長不小于3倍擴大頭直徑。樁身及護壁混凝土強度等級為C35、C40，持力層為中風化泥質粉砂巖。實際樁長須依據施工勘察報告逐一確定，結合已有樁長數據，部分樁長超過16 m，個別樁長甚至長達28.91 m。

圖1 工程單體布置

1.2 地質狀況

根據施工勘察（超前鉆）結果，工程場地內目前埋藏地層主要為白堊系神皇山組泥質粉砂巖和礫巖。基坑開挖至設計底標高后，面層可見有3條軟弱夾層帶分布（圖2），場內存在較多軟弱夾層（粉細砂、粉質黏土），其中有1根樁穿越夾層累計厚度達到19.1 m。

圖2 軟弱夾層范圍分布及施工分區布置示意

2 樁基施工現狀及處理措施

2.1 樁基施工現狀

1）根據施工勘察（超前鉆）結果，本工程大部分鉆孔鉆至持力層（中風化泥質粉砂巖⑨層）時遇到軟弱夾層，軟弱夾層厚度不一。同時在前期試樁和塔吊基礎樁開挖過程中已發生涌砂（泥）及流砂（泥）情況，且人工挖孔樁施工處于春夏季，基坑內水位高，透水層位置地下水位已明顯高于基坑底標高，地下水較豐富。

2）由于軟弱夾層的存在，人工挖孔樁最長達28.91 m。

2.2 處理措施

為了保證人工挖孔樁施工作業中的人身安全及護壁質量，必須對軟弱夾層的單根人工挖孔樁四周先行進行加固處理，經與設計院及技術專家人員多次論證后選擇單樁二重管法高壓旋噴注漿加固工藝。

3 施工場地布置

本工程地下室根據后澆帶位置劃分為16塊相對獨立的施工區域（見圖2），高壓旋噴注漿加固的場地布置除應滿足施工的要求外，還應對以下幾個方面著重考慮：

1）當車輛、設備通道跨過施工后澆帶時（地下室底板后澆帶已根據方案設置為基坑內臨時排水并開挖完成）需要鋪設鋼質路基箱。

2）因高壓旋噴樁施工工藝需要，鉆機鉆孔、噴射作業冒漿、清洗、機械移位等工序均不可避免地對基坑底土體造成破壞，因此在局部地基軟弱致使車輛及設備無法通行處須鋪鋼質路基箱。

3）在水泥漿攪拌區域，需要設置專門的水泥堆放場地，并應有排水、防水、防潮等措施。

4）每個水泥攪拌區域附近均應設置沉淀池，用來收集泥漿制作及設備清洗過程中產生的污水。污水經沉淀后用污水泵將其抽至基坑內臨時排水溝，最終通過基坑內集水井抽排至基坑外排水系統，水泥漿與泥漿的混合物終凝固化后轉運至西側場內土方堆場翻曬晾干后外運。

5）經計算，當人工挖孔樁和高壓旋噴加固同時進行時，現場的用電會出現超負荷的情況，此時需要考慮在現場增設1臺功率為500 kW的柴油發電機，供2套高壓旋噴鉆機機組使用。

4 高壓旋噴注漿施工工藝

4.1 高壓旋噴注漿設計

根據實際情況，對位于軟弱夾層地質條件下的人工挖孔樁四周環形布置高壓旋噴注漿孔，固化軟弱夾層，降低涌砂、坍孔發生概率，確保人工挖孔樁施工作業安全與護壁質量[1-3]。需高壓旋噴加固的軟弱夾層有5類：面層厚度超過5 m的粉質黏土；面層厚度超過4 m的粉細砂；非面層夾層厚度超過2 m的粉質黏土；非面層厚度超過2 m的粉細砂；非面層粉質黏土與粉細砂連續厚度超過2 m。

考慮本工程軟弱夾層以粉細砂為主，部分為粉質黏土（含砂量高）的特點，經設計院驗算及多次專家論證后，本工程高壓旋噴注漿孔直徑設為600 mm，同一人工挖孔樁四周環形布置的各高壓旋噴注漿孔中心距人工挖孔樁邊100 mm，中心弧形間距371～398 mm，理論旋噴搭接長度205～234 mm。根據軟弱夾層區域人工挖孔樁的4種樁徑（1.7、1.4、1.3、1.1 m），分別設計4種布置形式（圖3）。

4.2 高壓旋噴注漿施工流程

圖3 不同樁徑高壓旋噴注漿孔布置

高壓旋噴注漿系利用高壓泵將水泥漿液通過鉆桿端頭的特制噴頭，以高速水平噴入土體，借助液體的沖擊力切削土層，同時鉆桿一面以一定的速度旋轉，一面低速徐徐提升，使土體與水泥漿充分旋噴混合凝固，形成具有一定強度的圓柱固結體（即旋噴樁），從而使地基得到加固。其工藝流程為：鉆機就位→調整鉆架角度→鉆孔→插管→試噴→噴射注漿作業→噴射結束→拔管→器械清洗。

經論證，本工程確定的高壓旋噴注漿技術參數為：旋噴固結體直徑為600 mm，旋噴提升速度為12～15 cm/min，回轉速度為10～15 r/min，水泥漿液流壓力為25～28 MPa，水泥漿液流量為60 L/min，空氣壓力≥0.7 MPa，水灰比為0.8。高壓旋噴樁噴射成孔水泥用量約350 kg/m。此外，根據現場鉆孔實際地質情況及類似工程施工經驗，若施工過程中所遇地下水處于流動狀態且水壓過高，將導致旋噴樁不易成形，影響旋噴注漿成樁質量，這時可適時摻加2%～4%的水玻璃（模數為2.3～3.4，溶液濃度為20～30 °Be'），加快旋噴樁的凝結以保證注漿質量。

5 結語

高壓旋噴注漿施工完成后，對應每根人工挖孔樁形成了單樁止水帷幕，通過人工挖孔樁施工，驗證了高壓旋噴注漿加固工藝的可行性。對復雜地質條件下的軟弱夾層采用高壓旋噴注漿加固處理，見效快、經濟合理，不僅有效保證了人工挖孔樁工程的施工作業安全，也為今后類似工程的施工積累了寶貴的技術經驗。